深圳北站機電設備監控系統

中鐵二局集團電務工程有限公司 袁 偉

?

深圳北站機電設備監控系統

中鐵二局集團電務工程有限公司 袁 偉

介紹了深圳北站的基本情況、機電設備監控系統的主要功能和特點，著重討論系統的組成和結構，數據接口和通信協議的選擇，組成系統的主要功能模塊等內容，并指出深圳北站機電設備監控系統建設對于我國綜合交通樞紐建設具有顯著的指導意義。

機電設備監控系統 接口及協議 節能控制 場景控制

1 概述

深圳北站是深圳地區的鐵路中心客運站，建筑總面積達18.2萬m2。站房主體為大跨度異型鋼結構設計，分地面站臺層、高架夾層、高架候車層、商務預留層共四層。該站銜接武廣深港客運專線、廈深鐵路，并與地鐵四號線、五號線、六號預留線、長途汽車站、公交場站、出租車場站以及社會車輛停車場接駁，形成具有口岸功能的特大型綜合交通樞紐。

為了最大限度地滿足旅客需求，提高鐵路企業的服務水平，提高生產安全水平和現代化管理水平，實現節能降耗、減員增效的目標，深圳北站機電設備全部納入統一的自動化監視和控制，建設統一的機電設備監控系統（BAS）。該BAS具有如下主要功能和特點：

1.1 受控對象種類多、規模大

BAS的主要監控對象包括車站群控系統、VRV數碼渦旋空調室外機組、變配電系統、智能照明系統、電扶梯、柴油發電機組、EPS應急電源、太陽能光伏發電系統等；受控對象不但種類多，而且數量也非常大，監控點數總計超過10000個；需要納入統一監控的各類弱電子系統或智能設備的接口幾十個。

1.2 功能要求特殊

高速客專站房是人口流動非常密集的公共場所。不同于普通樓宇BAS更多強調滿足環境智能調節的要求，客專站房機電設備監控系統更強調有利于安全行車管理、變化客流下的環境調節、災害情況下的疏散導引、相關設備在各種情況下的有效運行，以及最大限度地實現節能增效。

1.3 相關系統眾多

深圳北站涉及到的自動化信息系統較多，除了機電設備監控系統以外，還包括火災自動報警系統（FAS）、車站客服系統、四電集成SCADA系統、地鐵環境監控系統等。眾多系統之間經常需要通過信息傳遞和共享，實現報警聯動和綜合調度，這也是深圳北站BAS的一個重要特點。

1.4 環境條件特殊

客專站房所處環境具有特殊性，首先它是一個半敞開式的公共建筑，人員聚集數量多，流動密度大，季節突發性強；其次由于動車采用高壓（27.5kV）、非平衡（單相）電力牽引，機車負荷為沖擊性負荷，電磁干擾比較嚴重。

2 系統結構

深圳北站BAS采用集中管理、分散控制的分層、分布式結構，由中央監控站、分站、傳感器和執行機構及相關通信網絡組成。其中，中央監控站位于站房控制室，是機電設備監控系統的調度指揮中心和管理中心，由中央監控軟件、監控工作站、BAS服務器、大屏幕、計算機網絡、打印機、UPS等組成。

分站具體負責現場設備的數據采集和控制。深圳北站的BAS分站有多種類型，包括網絡控制器、DDC（Direct Digital Cotroller）、各種專用智能控制器及各監控子系統等。

傳感器和執行機構主要指各種現場傳感器、儀器儀表、執行機構等，它們負責機電設備運行狀態的數據采集，包括模擬量、交流量、開關量、脈沖量、數字量等；接收分站和上級主站的命令，通過開關、閥門（執行器）、調節器等輸出控制。

通信網絡連接中央監控站和各分站，是數據上傳下達的傳輸通道，通信網絡的形式和結構決定了BAS的系統結構。

考慮深圳北站BAS規模大、點數多、可靠性要求高的實際情況，本系統采用光纖工業以太網和現場總線相結合的網絡結構，干線通信采用光纜，現場通信采用現場總線。

系統結構如圖1所示：

圖1 深圳北站BAS系統結構

3 通信接口及協議

深圳北站的分站類型、數量都比較多，與中央監控站之間的通信接口及通信協議尤為重要，這是系統設計成敗的關鍵因素。

3.1 接口

中央監控站與分站的接口主要采用以下幾種形式：

3.1.1以太網、現場總線混合結構

中央監控站與網絡控制器之間經工業以太網連接，而網絡控制器與各DDC之間經LonWorks現場總線連接，具有成本低、可靠性高的特點。

3.1.2以太網協議轉換器

許多機電設備如電扶梯、中央空調機組等配置專用控制器，低壓變配電、照明系統則構成獨立的監控子系統，這些分站的通信接口可以歸納為RS-232、RS-485、現場總線等幾種形式，引入中央監控站時，可以加裝匹配的以太網協議轉換器，統一轉換為以太網接口后，接入中央監控站。

3.2 通信協議

通信協議是數據交換的基礎。深圳北站采用的通信協議有BACnet、ModBus、OPC等。

3.2.1 BACnet

BACnet 是 A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的簡稱，是BAS領域唯一的ISO標準。它是一個完全開放的BA協議，獨立于任何制造商，不需要專門芯片，不同廠家的產品可以相互通信，具有良好的互操作性，有利于系統的擴展和集成。

考慮到鐵路行業的實際情況，深圳北站優先采用了BACnet協議。

3.2.2 ModBus

ModBus在工業自動化系統中應用廣泛，許多機電設備的智能監控都采用該協議或其變種，因此，中央監控站需支持ModBus協議，并允許現場修改適應不同廠家的ModBus版本。

3.2.3 OPC

OPC全稱是OLE for Process Control，是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OPC是一種客戶/服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優點，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得不同廠家的產品可以相互通信。

4 主要功能模塊

深圳北站BAS規模大、系統復雜，關鍵功能模塊主要包括以下幾部分：

4.1 中央空調節能控制

中央空調是大型站房的重要設備，也是耗電大戶，中央空調實現節能控制具有重要的意義。常用的控制方法包括：

4.1.1定流量控制

定流量控制的特征是空調系統的循環水量保持定值不變，當負荷變化時，通過改變供水或回水溫度來匹配。定流量供水方式的優點是系統簡單，不需要復雜的自控設備，缺點是系統運行效率低，節能效果稍差。但由于技術和設備成熟，實際工程中應用非常多。

4.1.2變流量控制

變流量控制的原理是：當空調負荷發生變化時，通過變頻、模糊控制等技術手段及時調節冷水機組、各水泵和冷卻塔風機的運行工作參數，從而改變冷水機組工作狀態、冷凍 （溫）水和冷卻水流量，改變冷卻塔風機的風量，確保冷水機組始終工作在效率最佳狀態，使供回水溫度始終處于設定值，從而使主機始終處于高轉換效率的最佳運行工況。

變流量控制的優點是技術先進，運行效率和節能效果都得到很大改善。目前，國內外主要空調設備供貨商都提供相應的技術和配套產品。

4.2 照明場景控制

車站照明系統，包括站房照明、站臺照明和泛光照明等幾部分。車站照明采用智能化的場景控制。所謂場景控制，就是通過綜合考慮和分析與車站照明密切相關的時間、區域、環境照度、客流量和列車到出站時間等因素，按照預設的控制策略，對照明進行動態智能化管理，控制照明燈具在不同情況下以不同狀態工作，實現多樣化的照明場景，從而在提高照明質量的同時獲得最佳的節能效果。

具體控制策略包括：（1）就地手動控制；（2）遠程遙控；（3）時間表自動控制；（4）基于光照度和客流量的環境參數輔助控制；（5）與客運信息系統接口，實現基于列車進出站、旅客上下車的站臺照明和通道照明的聯動控制。

4.3 低壓變配電智能監控

深圳北站有多座低壓變電所，每座變電所都采用低壓變配電智能監控系統，系統由智能儀表、RTU、現場總線組成，完成以“遙信、遙測、遙控、遙調”為主的遠動功能，并最終實現“無人值班、無人值守”的目標；各子系統通過集控器接入中央監控站，納入BAS統一監控和管理。

5 結束語

深圳北站機電設備監控系統是一項非常復雜的系統工程，涉及到站房、電力、暖通、給排水等若個專業，監控內容、監控點數、各種智能接口非常多，系統的可靠性及功能要求也比較高。因此，系統的設計和實現遵循了開放性和標準化的基本原則，從全局著手，統一規劃、統籌兼顧、分塊分布實施，防止系統內部出現不匹配、不兼容的現象，防止出現信息孤島，確保BAS能夠順利完成各種機電設備的監視、控制和管理功能，實現站房環境的動態調節，保證旅客具有安全、舒適的乘車環境，并在此基礎上實現節能增效的目標。

深圳北站機電設備監控系統建設是一個典型的高速客專站房BAS項目，對鐵路系統機電設備監控系統的實施作了許多有益的探索，對我國正在大規模開展的鐵路站房、綜合交通樞紐建設具有顯著的借鑒和指導意義。

[1] 曲立東. 城市軌道交通環境與設備監控系統設計與應用[M]. 北京：電子工業出版社，2008.

[2] GB/T50314-2000, 智能建筑設計標準[S].

[3] 陶力軍. 鄭西高速鐵路洛陽龍門站站房機電設備監控系統設計[J]. 中國鐵路，2010(6):31-34.